Xây dựng mô hình thí nghiệm động cơ sử dụng nhiên liệu từ hạt Jatropha

Năng lượng là một trong những nhu cầu cấp thiết nhất trong đời sống con người hiện nay.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Năng lượng là một trong những nhu cầu cấp thiết nhất trong đời sống conngười hiện nay Năng lượng không những được sử dụng trong sản xuất mà cònđược sử dụng nhiều trong cuộc sống hàng ngày của con người, mỗi gia đình

Nhưng do sự khai thác không ngừng của con người nên nguồn nhiên liệudầu mỏ ngày càng cạn kiệt, bên cạnh đó khoa học kỹ thuật không ngừng pháttriển Các ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải… đòi hỏi cầncung cấp nhiều nhiên liệu

Hiện nay trong chiến lược năng lượng toàn cầu nhiều nước đã sử dụngnăng lượng mới, năng lượng tái sinh, năng lượng từ gió, từ mặt trời, từ dòngchảy hoặc thủy triều … Trong tương lai người ta dự kiến cải tiến cơ cấu nănglượng – nhiên liệu theo hướng giảm bớt năng lượng từ dầu mỏ, than đá và củđốt, bù vào đó là tăng tỷ trọng của khí đốt và nguồn năng lượng mới Xa hơnnữa khi lo đến sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng hóa thạch thì các dạngnăng lượng mới, năng lượng tái sinh đang được các nhà khoa học trên thế giớiquan tâm một cách đặc biệt

Chính vì nguồn nhiên liệu từ thiên nhiên đang cạn kiệt dần đó đã thôi thúccác nhà khoa học phải nghiên cứu tìm ra nguồn năng lượng mới để thay thế cácnguồn nhiện liệu từ thiên nhiên Và qua quá trình nghiên cứu họ đã tìm ra nguồnnhiên liệu mới đó là nguồn nhiên liệu sinh học Họ đã tìm ra một loại cây mà hạtcủa nó ép lấy dầu rồi pha trộn với dầu diezen một lượng nhất định thì động cơvẫn hoạt động được đó là cây Jatropha Để biết chính xác lượng pha trộn là baonhiêu thì họ đã tiến hành khảo nghiệm động cơ diezen sử dụng nhiên liệuJatropha

Khảo nghiệm động cơ là một phương pháp thực nghiệm hợp lý, đây làphương pháp đơn giản nhưng mang lại cho ta kết quả cao Từ yêu cầu của thực

chúng tôi đã tiến hành “ Xây dựng mô hình thí nghiệm động cơ sử dụng nhiên liệu từ hạt Jatropha ”

Nội dung của đề tài gồm :

CHƯƠNG 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

CHƯƠNG 2: Tính toán lựa chọn mô hình khảo nghiệm

CHƯƠNG 3: Thiết kế chế tạo bàn khảo nghiệm động cơ công suất nhỏCHƯƠNG 4: Khảo nghiệm động cơ diesel sử dụng nhiên liệu jatrophaCHƯƠNG 5: Kết luận và đề nghị

Đề tài này được thực hiện trong thời gian có hạn, thông tin tài liệu cònthiếu và đặc biệt là năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránhkhỏi những sai sót nhất định Tôi mong được sự góp ý quý báu của các thầy cô

và bạn bề để đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU1.1 Sự phát triển của nghành công nghệ ôtô nói chung và động cơ nói riêng trên thế giới và ở nước ta

1.1.1 Sự phát triển của nghành công nghệ ôtô nói trên thế giới

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, cùng với nhu cầu củacon người trong các vấn đề đi lại và các máy móc phục vụ trong sản xuất ngàycàng cao Ngành công nghệ ôtô nói chung và động cơ nói riêng có một bướcphát triển vượt bậc, các hãng xe đời mới, các loại động cơ hiện đại không ngừng

ra đời

Chiếc xe đầu tiên chạy bằng động cơ đốt trong, hoạt động theo chu trìnhbốn kì của Beau de Rochas là một chiếc xe đạp cổ, được kĩ sư Đức GottliebDaimler thử lắp cái động cơ một xilanh của ông năm 1885 Rồi đến năm 1886,một kĩ sư Đức khác là Carl Benz chế tạo một cái xe ba bánh, và thu được thànhcông lớn Chính là để khai thác các bằng phát minh của Daimler mà năm 1886,

ở Pháp đã thành lập công ty Panhard et Levassor, công ty lớn chuyên sản xuất ô

tô đầu tiên của Pháp Năm 1894, xe do ba người này thiết kế đã có các bộ phậnchính, bố trí theo các vị trí mà sau này trở thành kinh điển

Nhưng nhiều nhà chế tạo khác cũng vào cuộc, nhất là De Dion - Bouton,người đã nhận bằng phát minh sự truyền động cho bánh sau, bằng các-đăngcũng trong năm 1894 ấy; năm sau, ông đưa ra hệ đánh lửa dùng ắcquy Năm

1895 cũng là năm đầu tiên mà chiếc ô tô do Daimler chế tạo được lắp bánh hơi,nhờ Michelin Và về Daimler, chúng ta ghi nhận rằng, năm 1897 ông đã sángchế bộ tản nhiệt hình tổ ong Năm 1898, một nhà chế tạo là Louis Renault thànhcông ngay lập tức với chiếc xe con của ông Đặc biệt, nó là cái xe đầu tiên đượctrang bị một hộp số ba tốc độ, mà một được nối trực tiếp Cũng chính trên chiếc

xe này, lần đầu tiên xuất hiện máy phát điện một chiều Boudeville năm 1900 đã

hoàn thành manhêtô đánh lửa (tới lúc ấy hệ thống thường dùng là cái ống nóngsáng, mà đầu được cái bếp nung cho nóng đỏ, đước ấn sâu vào xilanh).

Trong lúc đó, các nhà sáng chế vẫn kiên trì nghiên cứu và hoàn chỉnh xeđiện Người ta hiểu được lòng tin của họ vào công thức ấy, khi nhớ lại năm

1899, một trong số họ là Jenatzy đã đạt kỉ lục tuyệt đối về tốc độ khi lái chiếcJamais Contente (không bao giờ hài lòng) của ông với tốc độ 105,882 km/h Đầuthế kỉ 20, ô tô đã tự giải thoát khỏi hình dáng của xe ngựa, trong diện mạo của

nó, chiếc Mercédes năm 1901 là đặc trưng cho sự thay đổi ấy, mà Renault đãkhởi đầu năm 1898 Thời kì này cũng đánh dấu sự khởi đầu của sản xuất ô tôhàng loạt: Ramson E Olds sản xuất 1500 ô tô/năm

Tuy nhiên, các tiến bộ kĩ thuật vẫn phát triển Những năm đầu thế kỉ 20 đãchứng kiến việc dùng phanh tang trống và khung gầm bằng tôn dập (khungDaimler, ở Đức, khung Arbel, của xưởng rèn Douai, ở Pháp) Rồi từ 1904, chiếc

ô tô Vauxhall có cần sang số lắp trên cột tay lái Năm 1905, Pieere Bossu sángchế bộ khởi động bằng điện (tuy nhiên mãi đến năm 1911 mới được Ketteringdùng trên một chiếc Cadillac, nên người ta thường gán sáng chế này choKettering) Cũng năm 1905, người Mĩ Christie sáng chế bộ dẫn động bánh trước

và Truffault sáng chế cái giảm xóc dùng ma sát Đó cũng là năm xuất hiện kínhchắn gió Cuối cùng, năm 1908, André Michelin có ý tưởng dùng bánh xe chậpđôi cho xe trọng tải lớn Mười lăm năm trôi qua với nhiều tiến bộ, năm 1913đánh dấu triển vọng thật sự của công nghiệp ô tô, với việc Henry Ford đưa vàovận hành dây chuyền lắp ráp hàng loạt đầu tiên Đó là chiếc Ford-T, chiếc xebình dân đầu tiên, bị tước bỏ mọi phụ tùng thừa, và được sản xuất tới 18 triệuchiếc Ngay sau Thế chiến Thứ nhất, ở Mĩ đã xuất hiện thùng xe toàn bằng thép(ở Pháp, mãi tới năm 1925 mới được hãng Citroen chấp nhận, nhưng với một sốvốn đầu tư khiến công ty đứng bên bờ vực phá sản) Năm 1922, nhà chế tạoItalia Vincenzo Lancia giới thiệu một loại ô tô khác, có hệ thống treo phía trước,

với bánh xe độc lập Nó chủ yếu là xe sản suất hàng loạt không có khung gầm,tức là thùng xe tự mang, nhờ đó xe có sàn cực kì thấp Năm 1926, hai kĩ sư trẻJean A Grégoire và Pierre Fenaille tung ra chiếc Tracta, xe đầu tiên dẫn độngbằng bánh trước, hoạt động mĩ mãn, đặc biệt nhờ sự nối đồng tốc, hệ thống nàytrong Thế chiến Thứ hai đã được áp dụng cho xe Jeep và các ô tô bốn bánh cóđộng lực khác Cũng trong năm này, hệ thống đánh lửa bằng Delco (Delco, chữviết tắt của Dayton Engineering Laboratorie Co, Ohio) bắt đầu thay thế hệ đánhlửa dùng manhêtô.

Năm 1928 chứng kiến một sự đổi mới, hộp số đồng bộ hóa đầu tiên (xeCadillac) và một điều kì lạ, xe của người Đức Adam Opel đẩy bằng tên lửa XeTatra của Séc đáng chú ý về nhiều mặt, năm 1931, chiếc xe ô tô đầu tiên cóthùng xe khí động lực được sản xuất hàng loạt (các mẫu thử của Đức có thùng

xe kiểu giọt do Rumpler chế tạo năm 1921, và Benz năm 1923 đều không đượcchấp nhận) Năm 1932, Cotal sáng chế hộp số điện từ Rồi năm 1940,Oldsmobile tung ra những chiếc ô tô đầu tiên sang số tự động

Những tiến bộ quan trọng nhất được ghi nhận từ khi kết thúc Thế chiến Thứhai: năm 1950, ở Anh đã chế tạo chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng tuabin khí(Rover); năm 1952, những chiếc ô tô đầu tiên được sản xuất hàng loạt với tay lái

có trợ lực Chrysler ; năm 1953, xuất hiện cái phanh đĩa trên xe Jaguar của Anh,,khi tham gia "Hai mươi bốn giờ ở Mans" Năm 1960, ô tô NSU Wankel có động

cơ dùng piston quay và ô tô chạy trên đệm không khí xuất hiện

Từ những năm 1970 trở đi, các thế hệ ô tô mới đều có đặc điểm chủ yếu lànâng cao công suất, giảm mức tiêu thụ chất đốt, và khí gây ô nhiễm, gia tăngvai trò của thiết bị điện tử (năm 1990 các hệ thống điện tử lắp đặt cho ô tô đãchiếm 6% giá tiền một xe, và con số này tời năm 2000 tăng gấp ba), các nỗ lựctăng tiện nghi , độ an tòan, sự hoàn thiện và trang thiết bị: chẳng hạn, đai an toàn(bắt buộc từ 1973 ở Pháp), hệ thống phanh ABS, đệm an toàn tự thổi phồng, hay

Air Bags (được Mercédes tung ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1981), ống xảxúc tác (do General Motors hoàn chỉnh năm 1974), nó trở thành bắt buộc ởnhiều nước công nghiệp Nói chung, các xe loại trung bình có xu hướng bắt kịpmức về thiết bị và sự hoàn thiện, trước đây chỉ dành cho ô tô loại sang Thùng

xe được làm thuôn để giảm tối thiểu sức cản không khí và sử dụng hợp kim hoặcvật liệu composite nhẹ, nhưng chịu đựng tốt cả sự va chạm lẫn ăn mòn

Hiện nay, người ta phát triển các hệ thống trợ giúp bên ngoài cho người lái,các hệ này dựa vào các thông tin đã đặt sẵn trong xe và các tín hiệu thu được từngoài (khí tượng, mức độ ùn tắc, ) mà đưa ra cho người lái xe những chỉ dẫn

và lời khuyên để đưa xe theo lộ trình tốt nhất: năm 1995 chiếc xe SafranaCarmina, đó là chiếc xe ô tô đầu tiên ở châu Âu có trang bị một hệ bản đồ định

vị (GPS) và chỉ dẫn hành trình Các loại xe sử dụng động cơ hybrid, vừa chạyđiện vừa chạy xăng Các loại động cơ hiện đại như động cơ MultiAir tăng áp cóthể đạt đến 25% hiệu quả kinh tế đối so với động cơ thường trong cùng mộtđiều kiện…

1.1.2 Sự phát triển của động cơ đốt trong trên thế giới

Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng dogây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của kỹthuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và diesel này càng trở nên phổ biến

và hữu dụng hơn

Về nguyên lý cơ học, động cơ diesel hoạt động đơn giản hơn động cơxăng Cả hai cùng sử dụng xi-lanh, piston, truyền năng lượng thông qua trụckhuỷu và chia thành hai loại 2 thì và 4 thì Động cơ 2 thì thường sử dụng đadạng từ xe loại nhỏ, máy xén cỏ đến tàu chở hàng Trong khi đó, động cơ 4 thìđược sử dụng cho xe hạng trung cần hiệu suất nhiên liệu tối đa như xe du lịch

Sự khác biệt duy nhất giữa động cơ xăng và động cơ diesel là cơ chế đánhlửa Trong khi động cơ xăng cần có thiết bị đánh lửa (bugi) để kích hoạt quá

trình cháy nổ của hỗn hợp khí nén xăng - không khí thì động cơ diesel lại hoạtđộng theo nguyên lý tự nổ Khi hòa khí diesel - không khí được nén ở áp suấtcao (tỷ số nén lớn), nhiệt sinh ra sẽ kích hoạt quá trình tự cháy nổ Chính đặcđiểm này làm động cơ diesel có hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao.

Hình 1.1: Động cơ diesel CRD của Jeep

Tỷ số nén của động cơ diesel ε≤16 , cao hơn nhiều so với động cơ xăng(từ 9 đến 13) Chính vì vậy, công nghệ và vật liệu chế tạo động cơ diesel caohơn để đảm bảo độ bền và giảm thiểu độ mài mòn Nhược điểm nữa của động cơdiesel là nhiên liệu Do nằm trong phân đoạn nặng hơn xăng nên khả năng bayhơi của diesel kém, do đó khó khởi động Cũng vì diesel chứa các phân tử lớnhơn xăng nên khả năng đốt cháy hoàn toàn thấp, nên hay sinh ra bụi than và khíđộc Chỉ tiêu của nhiên liệu diesel cũng khác với xăng Trong khi xăng sử dụngchỉ số chống kích nổ Octan thì diesel sử dụng chỉ số kích nổ Cetan Nghĩa là loạidiesel nào càng dễ kích nổ càng tốt Tuy nhiên, đặc điểm quan trọng nhất lànồng độ lưu huỳnh trong của nhiên liệu diesel Ở Việt Nam, diesel hiện đượcbán có nồng độ lưu huỳnh dưới 5%

Hình 1.2: Động cơ diesel của Mercedes SLK 320

Ngành vận tải có lẽ là nơi duy nhất ưu ái với động cơ diesel ngay từ khi rađời do nó bền hơn từ 2 đến 3 lần so với động cơ xăng và sinh ra nhiều mô-menxoắn hơn Đại lượng mô-men xoắn đồng nghĩa với khả năng đẩy một vật từ vịtrí đứng yên sang trạng thái chuyển động Vì vậy, khi mô-men xoắn đủ lớn,động cơ dễ dàng giúp chiếc xe đạt vận tốc như mong muốn từ trạng thái dừng

Trong khi người Mỹ giữ thái độ “ghẻ lạnh” với diesel thì châu Âu và châu

Á lại coi đó như một nguồn nhiên liệu hiệu quả Các phát minh cải tiến xuất phátchủ yếu từ những hãng xe của hai châu lục này Cùng với sự phát triển của côngnghệ, vấn đề khí thải của động cơ diesel được giải quyết thông qua bộ trung hòaxúc tác Còn để giảm thiểu tiếng ồn, các nhà nghiên cứu tập trung phát triển hệthống nạp nhiên liệu mới hoạt động êm ái hơn Giới thiệu lần đầu tiên năm

1995, hệ thống nạp liệu CRD (common rail direct injection) sử dụng bơm cao áp(lên tới 1.579 atm) cung cấp nhiên liệu sơ cấp tới các đầu phun Động cơ ứngdụng công nghệ CRD có công suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu tiếng

ồn Những năm sau đó, hệ thống điều khiển điện tử tích hợp trên CRD khiếncông nghệ này ngày càng trở nên tối ưu hơn

Hình 1.3: Volkswagen Pheaton V10 CDI chạy diesel

Hiện nay, không chỉ có các dòng xe tải, xe van chở hàng mà dòng xe du lịchcũng sử dụng diesel Mercedes, BMW và Volkswagen là những hãng đi đầu trongứng dụng công nghệ diesel trên các sản phẩm hạng sang Mercedes có E320 CDIvới mức tiêu hao nhiên liệu 8 lít cho 100 km trong thành phố và 6 lít trên đườngtrường Volkswagen có các mác xe chạy diesel nổi tiếng như Golf, Jetta, NewBeetle Còn các sản phẩm chạy diesel của BMW có kí hiệu “d” dưới mã tên như318d, 325d, 525d thậm chí cả dòng xe sang cao cấp serie 7 như 730d

Hình 1.4: Động cơ Diezen

Khoa học kỹ thuật tiến tiến, bên cạnh đó các chỉ tiêu về tiết kiệm nhiên liệu,không gây ô nhiễm môi trường một cách tối thiểu…nhưng vẫn đảm bảo đượctính thẩm mỹ, độ bền tốt, công suất cao Đặc biệt được trang bị các thiết bị tiệnnghi, an toàn cho người sử dụng.

1.1.3 Sự phát triển của nghành công nghệ ôtô nói chung và động cơ nói riêng ở Việt Nam

Năm 2010 Việt Nam dự kiến đầu tư 18.000 tỷ đồng (1,16 tỷ USD) để pháttriển ngành công nghiệp ô tô trong nước Làm được việc này là cần thiết bởikèm theo đó là sự phát triển của ngành công nghiệp phụ trợ Tuy nhiên, để cóngành công nghiệp ô tô thực sự, Việt Nam còn phải đi quãng đường xa

Với kỳ vọng sớm có ngành công nghiệp ô tô thực sự, hơn 10 năm qua, nhànước đã có nhiều ưu đãi mang tính “bảo hộ” cho các liên doanh sản xuất ô tô,với lời “cam kết” ban đầu là sẽ nội địa hóa 30% - 40% sau 10 năm đầu tư vàoViệt Nam Thế nhưng, cho đến thời điểm này lời hẹn trên hầu như chỉ là lời hứa,họa hoằn lắm mới có vài đơn vị thực hiện lời hứa, “nội địa hóa” với tỷ lệ chưađến 20% Về dòng xe du lịch, có nhiều liên doanh cho rằng sản xuất các loại phụtùng, linh kiện là rất khó

Đồng thời, cũng có quan điểm không khuyến khích các doanh nghiệp trongnước sản xuất phụ tùng cho mình vì tính độc lập, bí mật công nghệ, kinh doanh,lợi nhuận, đánh giá năng lực Đối với lĩnh vực ô tô thương mại, xe tải, xe khách

- thị phần có sự tham gia của nhiều doanh nghiệp lắp ráp xe trong nước - xem rakhả quan hơn khi đã có những doanh nghiệp đã đạt tỷ lệ nội địa hóa hơn 40%nhưng nhìn lại mấy mươi phần trăm đó cũng chỉ nằm gọn trong mấy chữ: sơn,

gò, hàn, lắp ráp hoặc cũng có khả năng sản xuất được một số phụ tùng xe nhưngchỉ là những linh kiện nhỏ như ghế, kính đó chỉ là những việc nhỏ trong tổngthể ngành công nghiệp ô tô

Biết là nhỏ nhưng dù muốn làm hơn, các doanh nghiệp lắp ráp có tâm huyếtvới việc nội địa hóa cũng đành “lực bất tòng tâm” khi hệ thống mạng lưới sảnxuất phụ tùng linh kiện của ngành công nghiệp phụ trợ chưa phát triển Theoông Nguyễn Xuân Chuẩn, Chủ tịch Hiệp hội Cơ khí Việt Nam, đây là yếu tố vôcùng quan trọng để phát triển ngành công nghiệp ô tô nhưng cho đến nay chúng

ta vẫn còn rất yếu mảng này Chẳng hạn như thép để làm xi lanh, piton, trụckhuỷu… thì đòi hỏi chất liệu phải khác nhưng ở nước ta hiện nay chỉ mới làmđược thép xây dựng Đó là chưa nói tới nhôm, thép gió, thép cứng, lá kim đánhlửa… cũng chưa sản xuất được; sơn điện ly cũng phải nhập khẩu

Ô tô Việt Nam không có lợi thế về nội địa hóa nhưng có điều kiện để thựchiện việc nội địa hóa đó ở những mức độ khác nhau Ông Nguyễn Tiến Dũng,Tổng Giám đốc Tổng Công ty Cơ khí GTVT Sài Gòn (Samco), cho rằng điềuquan trọng là phải xóa bỏ tư tưởng làm được một chiếc xe 100% Việt Nam màphải từ từ trở thành một mắt xích của ngành công nghiệp ô tô của khu vực haytoàn cầu Từ mắt xích đó mới có cơ sở tiến tới làm được, sản xuất được nhữngchi tiết cơ bản

Hình 1.5: Dây chuyền sản xuất của Công ty Toyota Việt Nam

Thực tế cho thấy, hiện nay chúng ta chưa có một nền công nghiệp ô tô thực

sự mà đơn thuần chỉ là ngành lắp ráp ô tô, mà lắp ráp cũng chưa đầy đủ Hầunhư chưa có doanh nghiệp nào đầu tư vào chiều sâu của lắp ráp chứ chưa nóiđến sản xuất, nghiên cứu

Điều đáng lưu ý của ngành sản xuất này là nghiên cứu rồi mới đến sản xuấtnhưng ở Việt Nam cho đến nay dường như chỉ mới chú trọng phát triển “phầncứng” còn “phần mềm” lại bỏ trống Mà để phát triển ngành công nghiệp ô tô,theo kinh nghiệm của các nước, vai trò của “phần mềm” chiếm đến 80% vớithời gian đầu tư dài cả hàng trăm năm

Như vậy khi nói đến ngành công nghệ ô tô ở nước ta thì gắn liền với côngnghệ lắp ráp Còn để chế tạo ra một chiếc ô tô hoàn chỉnh hay một động cơ hoànchỉnh thì chúng ta chưa làm được Bên cạnh đó không thể không nhắc tới những

cố gắng mà chúng ta đạt được, đã có nhiều doanh nghiệp như Trường Hải, CửuLong Moto, Vinaxuki thực sự đáng nể phục, vì họ đã dám xông ra thị trường,chấp nhận cạnh tranh với những nhà đầu tư nước ngoài lớn, đầy năng lực, dàydạn kinh nghiệm, có vị thế hơn họ ngay cả ở thị trường trong nước Nhờ cóchiến lược kinh doanh hợp lý, biết lựa chọn phân khúc thị trường phù hợp để bắttay vào ngành ô tô, họ đã thành công và ngày càng trưởng thành, góp phần pháttriển ngành công nghiệp ô tô ở nước ta

1.2 Phạm vi sử dụng các động cơ Điesel cỡ nhỏ (4 – 30 mã lực) ở nước ta

Sự phát triển bùng nổ của ngành công nghiệp ô tô và động cơ đang ảnhhưởng rất lớn tới nền kinh tế của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Cácloại động cơ nói chung,động cơ nhỏ nói riêng ( 4-30 mã lực )được sử dụng rộngrải trong các ngành kinh tế: Giao thông, nông nghiệp, xây dựng, nó góp phần rấtlớn đến sự phát triển của kinh tế của đất nước ta

Ở Việt Nam hiện nay, tình trạng cơ sở hạ tầng yếu kém, nền sản xuất cònnhỏ, phân tán, sản xuất nông nghiệp vẫn chiếm ưu thế Việc sử dụng các động

cơ có công suất nhỏ là nhu cầu rất lớn vì nó có giá trị hợp lý, tiện sử dụng Động

cơ có công suất nhỏ đã đáp ứng được phần nào nhu cầu sản xuất, sinh hoạt củamọi tầng lớp xã hội trên đất nước chúng ta

Động cơ có công suất nhỏ làm động lực cho các máy xay xát, máy bơmnước, máy kéo, máy phun thuốc trừ sâu, máy cắt cỏ…đang sử dụng chủ yếu ởViệt Nam

Trong giao thông vận tải đường thuỷ, động cơ nhỏ còn dùng cho tàu thuỷhoặc thuyền dân dụng Trong giao thông đường bộ sử dụng cho các loại xe côngnông (đầu dọc, đầu ngang)…

Trong công nghiệp và xây dựng, động cơ nhỏ được sử dụng phổ biến ởnhững cơ sở sản xuất nhỏ như máy ép vật liệu, máy cưa, máy cắt vật liệu, máytrộn vật liệu xây dựng của các cơ sở tư nhân hoặc hợp tác xã

Động cơ nhỏ cho đến nay và về lâu về dài vẫn là một nhu cầu sử dụngkhông thể thiếu cho các ngành sản xuất

1.3 Khái quát về các đặc tính của động cơ, các phương pháp xác định đặc tính động cơ

1.3.1 Đường đặc tính của động cơ

Động cơ đặt trên các máy kéo và ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loạipitông Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơ được thể hiện rõtrên đường đặc tính làm việc của nó Tính chất hoạt động của động cơ ảnhhưởng rất lớn đến tính năng sử dụng của ô tô máy kéo Vì vậy cần thiết phảinắm vững các đường đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề

cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo như nghiên cứu các tính năng kéo và tínhnăng động lực học của máy kéo

Các đường đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại : đường đặc tínhtốc độ và đường đặc tính tải trọng.

1.3.2 Đường đặc tính tốc độ

Đường đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng

Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge

(lượng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo sốvòng quay n hoặc theo tốc độ góc  của trục khuỷu

Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điềuchỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mômen cản Mc) thay đổi Đường đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộcrất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tựđiều chỉnh

Có hai loại đường đặc tính tốc độ :

 Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài

 Đường đặc tính cục bộ

Các đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm trêncác thiết bị chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ)

Đường đặc tính ngoài của động cơ nhận được khi khảo nghiệm động cơ

ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thước nhiên liệu (ởđộng cơ điêden) ở vị trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bướm ga (ở động cơxăng) Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận

được đường đặc tính cục bộ Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế

(máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đường đặc tính ngoài và vô vàn đườngđặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga

Trên hình 1.6 biểu diễn đường đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơđiêzen

Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị cựcđại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemin, khi đó động cơlàm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế

độ làm việc định mức ở chế độ này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên gọitương ứng : công suất định mức Nn = Nemax, mô men quay định mức Mn và sốvòng quay định mức nn

Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn đến số vòng quaychạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc Phần đồ thịtương ứng khoảng tốc độ nn - nck được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đường

đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn lànhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đường cong)

Ở nhánh quá tải công suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng,tức là động cơ làm việc kém hiệu quả Ngoài ra, các chi tiết của động cơ sẽchịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do tốc độquay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một

số nhược điểm khác nữa Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải

Hình 1.6: Đường

đặc tính tự điều chỉnh của động cơ Điezen.

MeNe

trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc phục các hiện tượng quátải tức thời.

Ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khiđạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên thì mô men động cơ Me

và tốc độ quay n sẽ giảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháynhiên liệu không thực hiện được Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được vớitải trọng Mc < Mmax tương ứng với tốc độ quay n > nM

Đối với động cơ xăng, đường đặc tính cũng có có dạng tương tự như động

cơ điê den, tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác nhau nhất định Trênhình 1.7 là đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phậnhạn chế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b)

a) b)

Hình 1.7: Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng

a  không có hạn chế số vòng quay; b  có bộ hạn chế số vòng quay

Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khảnăng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thíchứng theo mô men quay và được xác định như sau :

(1.1)

trong đó : Mmax - mô men quay cực đại của động cơ;

Nemax

Ne

Me

nM nn nck

nmin

Memax

Nemax

Ne

Me

Memax

nck

nM nn

nmin

M

max n

M

Mn - mô men quay định mức của động cơ.

Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiệntượng quá tải càng tốt Ở các động cơ điêzen thông thường kM = 1,1  1,25,còn ở động cơ xăng kM = 1,1  1,35

Máy kéo thường làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm

vi rộng nhiều khi người lái không kịp phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay đổi

số truyền và dẫn đến bị chết máy Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơnhỏ hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ởnhánh tự điều chỉnh Mức độ sử dụng công suất động cơ được đánh giá bởi hệ

số sử dụng tải trọng :

 = (1.2)

trong đó : Mc - mô men cản đặt lên trục khuỷu;

Mn - mô men quay định mức của động cơ

Khi tính toán các chỉ tiêu kéo của máy kéo có thể chọn  = 0,8  0,9 Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật đểđánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ Trong lý thuyết máy kéothường được sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực họchoặc sử dụng để tính toán các chỉ tiêu sử dụng các liên hợp máy kéo (máykéo liên hợp máy công tác)

Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiếnhành bằng thực nghiệm Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tương đốicũng có thể sử dụng phương pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thứchoặc hệ số thực nghiệm Một trong những công thức hay được sử dụng làcông thức S.R Lay Đecman, có dạng như sau :

(1.3)

M M

c n

trong đó : Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài;

Nn, nn - công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay

trong đó : Ne - công suất động cơ, KW;

n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph;

Me - mô men quay của động cơ, Nm

Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3) và (2.4) ta có thể xây dựngđược một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n)

1.3.3 Đường đặc tính tải trọng

Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suấthiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu n và chi phí nhiên liệu giờ GT với

mô men quay của động cơ Me Đường đặc tính tải trọng có dạng như hình 1.8

Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng cácmối quan hệ đó hoàn toàn giống như đã phân tích trên đường đặc tính tốc độ.Nhưng đường đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiêncứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của máy kéo Vì rằng, nhánhđiều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mômen từ 0 đến Mn) có thể bố trí được rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ởđường đặc tính tốc độ (trong khoảng nn - nck) Nhờ đó khi xác định giá trị củacác thông số trên đồ thị sẽ chính xác hơn Tuy nhiên, để đánh giá tính năng

kinh tế - kỹ thuật của động cơ thì đường đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn,

dễ so sánh giữa các động cơ với nhau thông qua chi phí nhiên liệu riêng ge

1.4 Tổng quan về sử dụng nhiên liệu sinh học hiện nay

1.4.1 Sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới

Theo thông tin của EU tháng1/2007 tiêu thụ năng lượng toàn cầu đã tăng lên gấpđôi từ 10 tỷ tấn qui ra dầu/năm tăng lên 22 tỷ tấn qui dầu/năm vào năm 2050

Giáo sư Nghê Duy Đấu,Viện sĩ công trình Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh)cho biết theo Bộ Năng lượng Mỹ và Uỷ ban năng lượng thế giới dự báo nguồnnăng lượng hoá thạch không còn nhiều: dầu mỏ còn 39 năm, khí thiên nhiên 60năm, than đá111 năm Theo Bộ Năng lượng Mỹ nhu cầu dầu mỏ thế giới ngàycàng tăng

Theo Trung tâm năng lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ năng lượng của khuvực này năm 2002 là 280 triệu tấn và tăng lên 583 triệu tấn vào năm 2020 Indonesia là nước có nguồn năng lương hoá thạch lớn nhất trong các nướcASEAN, tuy nhiên hiện nay dầu mỏ dự trữ của họ chỉ còn trong 25 năm, khí đốt

60 năm và than đá150 năm

nn

Nen

Ge

Ne

Ge0

ge

M

e

Mem ax

Mn

Hình 1.8: Đường đặc tính tải trọng của động cơ

Trong những tháng gần đây giá dầu thế giới đạt ngưỡng 70 USD/thùng vàvới nhu cầu tiêu thụ khỏang 82,5triệu thùng/ngày trong lúc đó số lượng dầu thừachỉ 1-2 triệu thùng/ngày, vì vậy theo Uỷ ban quốc gia các chính sách năng lượngcủa Mỹ nếu chỉ 4% năng lượng thế giới bị ngừng trệ bởi thiên tai thì giá dầu thô

có thể lên đến 160USD/thùng

Mặt khác, theo dự báo của các chuyên gia thì sắp tới ô tô sẽ là phươngtiện giao thông được ưa chuộng hơn cả mà nhiên liệu cho ô tô là xăng và dầudiesel Ở Mỹ đã quảng cáo bán trả góp ô tô không phải trả lãi năm đầu Hiện nay

tỷ lệ sử dụng ô tô trên thế giới là 8/1000 người và dự báo là sẽ tăng lên đáng kểtrong 2 thập kỷ tới, điều đó đòi hỏi một khối lượng nhiên liệu xăng dầu lớn

Ngày nay do thế giới phụ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ và giá dầu biếnđộng liên tục theo chiều tăng và sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng hoá thạch vàkhí đốt nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế là việc làm có tínhsống còn trong những thập kỷ tới, trong đó có năng lượng sinh học Vậy nănglượng sinh học là gì?

Năng lượng sinh học bao gồm các nguồn năng lượng được sản xuất từnhiều loại sản phẩm nông nghiệp khác nhau như thân, cành, vỏ, quả cây, các sảnphẩm dư thừa khi chế biến nông, lâm sản, gỗ củi, phân gia súc, nước thải và bã phếthải hửu cơ công nghiệp, rác thải….Vì vậy, năng lượng sinh học là nguồn nănglượng thay thế có thể tồn tại, tái sinh và điều chỉnh theo ý muốn của con người

Hiên có 2 dạng năng lượng sinh học chủ yếu là ethanol sinh học và dieselsinh học:

+) Ethanol sinh học

Ethanol là một loại nhiên liệu thay thế dạng cồn, được sản xuất bằngphương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyểnhóa thành đường đơn, như bắp, lúa mì, lúa mạch Ngoài ra, ethanol còn được sảnxuất từ cây, cỏ có chứa cellulose Với nguyên liệu là tinh bột và đường nhờ quá

trình phân giải của vi sinh vật có thể sản xuất ra ethanol, sau đó tách nước bổ sungcác chất phụ gia thành ethanol biến tính gọi là ethanol nhiên liệu biến tính hay cồnnhiên liệu.

Ethanol là chất phụ gia để tăng trị số Octane (trị số đo khả năng kích nổ) vàgiảm khí thải độc hại của xăng Trong chính sách năng lượng của mình, từ khối

EU đến Mỹ, Trung Quốc, Ôxtrâylia, Nhật Bản… đều chú trọng đến ứng dụngethanol

Người ta dự báo nhu cầu nhiên liệu ethanol toàn cầu đến năm 2010 có thể tănggấp 4 lần, lên khoảng 80 tỷ lít, và chỉ trong 2 đến 3 năm nữa, các con tàu khổng

lồ chở ethanol sẽ xuôi ngược khắp các đại dương, như hình ảnh tàu chở dầu hiệnnay Những chiếc xe chỉ chạy được bằng xăng sẽ phải nhường chỗ cho các thế

hệ xe chạy bằng ethanol Lúc đó, sẽ diễn ra sự cạnh tranh gay gắt trong thịtrường nhiên liệu và cả trong thị trường xe hơi thế giới…

+) Diesel sinh học

Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói chung là một loại nănglượng tái tạo.Về phương diện hoá học diesel sinh học là methyl este của axit béo

Dầu diesel sinh học được chế biến từ dầu thực vật và mỡ động vật

Để sản xuất diesel sinh học người ta pha khoảng 10% mêtanol vào dầu thực vật

và dùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là hiđrôxít kali, hiđrôxít natri vàcác ancolat) Ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào khoảng 60°C liên kết estecủa glyxêrin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ được este hóa vớimêtanol Chất glyxêrin hình thành phải được tách ra khỏi dầu diesel sinh học sauđấy Thông qua việc chuyển đổi este này dầu diesel sinh học có độ nhớt ít hơndầu thực vật rất nhiều và có thể được dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu

diesel mà không cần phải cải biến động cơ để phù

hợp Tùy theo lượng sinh học người ta chia ra

thành:

 RME: Mêthyl este của cây cải dầu

(Brassica napus) theo DIN EN 14214 (có

giá

trị toàn châu Âu từ 2004)

 SME: Mêthyl este của dầu cây đậu nành hay dầu cây hướng dương

 PME: Meethyl este của dầu dừa hay dầu hạt cau Bên cạnh đó còn có

meethyl este từ mỡ nhưng chỉ có những sản phẩm hoàn toàn từ dầu thựcvật(PME và đặc biệt là RME) là được dùng trong các loại xe diesel hiệnđại, khi được các nhà sản xuất cho phép

Bảng 1 – 1: Thông số của dầu diesel sinh học

Hình 1.9: Mẫu sinh học diesel

Vì vậy trên thế giới nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu trồng các loài câynông, lâm nghiệp để cung cấp nguyên liệu sinh học cho chế biến năng lượngsinh học.

Nghiên cứu về dầu diesel sinh học bắt đầu được thực hiện từ những năm

1990 Năm 1983, ngưòi Mỹ có tên là Gruham Quick đã sử dụng dầu từ hạt lanhchạy máy động cơ Năm 1990 Mỹ đề ra “Luật không khí sạch” trong đó ethnolđược sử dung thay thế chất MTBE là chất phụ gia vào xăng đựoc coi là chấtngấm vào nước ngầm có thể gây ung thư Năm 2005 Mỹ có Luật năng lượng đề

ra tiêu chuẩn bắt buộc trong xăng tiêu dùng phải pha nhiên liệu sinh học với tỷ

lệ tăng dần hàng năm Dự kiến đến 2017 hàng năm sản xuất 132 tỷ lít nhiên liệusinh học, giảm 20% lượng xăng Hiện nay Mỹ có 114 nhà máy đang sản xuấtethnol sinh học,79 nhà máy đang xây dựng, mở rộng 11 nhà máy và 200 nhàmáy sẽ hoạt động vào tháng 9 năm 2008 Hãng dầu mỏ lớn thứ 3 nước Mỹ là

Conoco Phillips sẽ đầu tư 22,5 triệu USD cho đại học Iowa State University(ISU, Mỹ) trong 8 năm để phát triển các công nghệ sinh học mới

Mới đây tại Hội nghị năng lượng sinh học Trường đại học Georgia (Mỹ),giáo sư vật lý đã nghỉ hưu 70 tuổi - hiện là lão nông – Zimmy Grine đã giớithiệu một loại ethanol nhiên liệu được chưng cất từ lúa mì và lạc Theo tính toán

về nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay thế 1 lít xăng Nếu pha ethanol vớixăng thì tuỳ theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượng xăng từ 10 đến 15%

mà công suất và hiệu suất mài mòn động cơ không đổi

Ấn Độ dự kiến số ô tô của quốc gia này vào năm 2007 là 10 triệu chiếc vàhàng năm nhu cầu nhập dầu mỏ của họ tăng khoảng 10% Năm 2004 trong tổng

số 114 triệu tấn dầu của quốc gia này có đến 75 % là nhập từ nước ngoài với sốtiền là 26 tỷ USD Trong báo cáo năm 2003 của Uỷ ban phát triển nhiên liệusinh học của Ấn Độ cho rằng khả năng sản xuất 29 triệu lít cồn ethanol của họ

đủ tạo ra hỗn hợp nhiên liệu 5% cồn cho đến kế hoạch lần thứ 12

Braxin sản xuất 14 tỷ lít cồn (tương đương 20 vạn thùng) từ cây mía Luậtpháp nước này qui định tất cả các loại xe phải sử dụng xăng pha với 22% cồnethanol và nước này đã có 20% số lượng xe chỉ dùmg cồn ethanol Chương trìnhsản xuất cồn này của họ tạo việc làm cho 1 triệu người và tiết kiệm được 60 tỷUSD tiền nhập dầu trong 3 thập kỷ qua Số tiền này lớn gấp 10 lần chi chochương trình trên và gấp 50 lần số tiền trợ cấp ban đầu.Từ sau 1985 sản lượngethanol nhiên liệu đạt bình quân 10 triệu tấn/năm, thay thế luỹ kế 200 tấn dầu

mỏ Hiện nay toàn bộ xăng chạy ô tô của Braxin đều pha 20-25% ethanol sinhhọc và đã có loại ô tô chạy hoàn toàn bằng ethanol sinh học Năm 2005 có 70%

số ôtô đã sử dụng nhiên liệu sinh học Lượng tiêu thụ ethnol sinh học ở quốc gianày đạt 12 triệu tấn năm 2005, thay thế 45% lượng tiêu thụ xăng và chiểm 1/3tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho các loại xe, tạo công ăn việc làm cho 700.000người Braxin có thể sản xuất được lượng ethanol thay thế 10% nhu cầu xăng

dầu của thế giới trong vòng 20 năm tới với lượng xuất khẩu khoảng 200 tỷ lit, sovới mức 3 tỷ lít hiện nay.

Trong khối EU nhiên liệu sinh học là một ưu tiên trong chính sách môitrường và giao thông Theo ước tính của các nhà kinh tế sử dụng nhiên liệu sinhhọc trong các loại hình vận tải ở châu Âu có thể tiết kiệm được 120 triệu thùngdầu thô vào năm 2010.Từ đầu năm 2004 các trạm xăng ARAL và Sell ở Đức bắtđầu thực hiện chỉ thị 2003/30/EU mà theo đó từ 31/12/2005 ít nhất 2% và đến31/12/2010 ít nhất 5,75% các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốctái tạo.Tại Áo một phần chỉ thị của EU đã đựơc thực hiện sớm hơn và từ1/11/2005 chỉ có dầu diesel với 5% nguồn gốc sinh học được bán

EU đặt mục tiêu đến 2020 sản xuất 20% điện năng từ các nguồn năng lượngtái sinh EU qui định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất 10% nhiên liệusinh học từ nay đến 2020 Mỹ đề ra đến 2020 sử dụng 20% nhiên liệu sinh họctrong giao thông

Indonesia đã phải trợ cấp khoảng 7 tỷ USD cho năng lượng Nước này đặtmục tiêu đến năn 2010 nhiên liệu sinh học đáp ứng 10% nhu cầu cho ngành điện

và giao thông Hiện nay ở đây phần lớn xe buýt và xe tải chạy bằng dầu dieselsinh học- một hỗn hợp dầu cọ với nhiên liệu hoá thạch - do Công ty dầu khíquốc doanh Pertamina cung cấp Công ty điện lực PLN đang sử dụng dầu cọtrong dự án thí điểm nhằm hướng tới chuyển tất cả các nhà máy điện trongnước dùng dầu diesel sinh học và năm 2010

Ở Trung Quốc các tỉnh Hà Nam, An Huy, Cát Lâm, Hắc Long Giang…đãsản xuất ethanol từ lương thực tồn kho với sản lượng hàng năm đạt 1,02 triệutấn Hắc Long Giang đã sản xuất thử ethanol đạt khối lượng 5000 tấn/năm.Nước này đang nghiên cứu công nghệ sản xuất ethanol từ xenlulose và hiện đã

có cơ sở đạt 600 tấn/năm Theo kế hoach đến 2010 sản lượng nhiên liệu sinh học

của Trung Quốc khoảng 6 triệu tấn Đến năm 2020 là 19 triệu tấn, trong đóethanol 10 triệu tấn và diesel 9 triệu tấn

Malaysia hiện có 3 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công suất276.000 tấn /năm Chính phủ nước này đặt chỉ tiêu sản xuất 1 triệu tấn dầudiesel sinh học xuất khẩu vào năm 2007-2008 Hiện nay Malaysia đã trồngđược 10 ngàn cây Jatropha

Thái Lan đã xây dựng chương trình phát triển năng lượng thay thế cácnguồn nhiên liệu hoá thạch

Năm 2001, Nhật đã dùng tế bào Rhizopus oryzae cố định để sản suất diesel

sinh học với tỷ lệ chuyển hoá đạt 80% Với công nghệ nêu trên tỷ lệ chuyển hoá

có thể đạt trên 95%, cao hơn phương pháp hoá học, giá thành giảm từ 15-20%

1.4.2 Đặc tính của Biodiesel

Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất

giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thựcvật hay mỡ động vật biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loạinăng lượng sạch, phương diện hóa học thì diesel sinh học là methyl, ethyl estercủa những acid béo Mặt khác chúng không độc và dể phân giải trong tự nhiên

- Tính chất vật lý của biodiesel tương tự diesel nhưng tốt hơn diesel về mặtchất thải

- Biodiesel khắc phục được những nhược điểm của dầu thực vật như độnhớt quá lớn ( cao gấp 6 – 14 lần biodiesel), chỉ số cetan thấp

- Các loại dầu biodiesel đều có tỷ lệ % trọng lượng oxy khá lớn, đây là điều

mà diesel không có

Bảng 1 – 2 Tính chất hóa lý của các loại dầu

+ Tuy nhiên khi sử dụng dầu biodiesel ta cũng gặp phải một số sự cố sau

- Dễ bị oxy hoá vì trong nhiên liệu diesel sinh học có các phân tử chứa cácnối đôi nên chưa ổn định dễ bị phản ứng với oxy nên đặc biệt quan trọng trongviệc bảo quản dầu thực vật

- Phân tử của nhiên liệu diesel sinh học có độ lớn khác với diesel thôngthường và các phân tử diesel sinh học trong các kênh dẫn tinh vi không có khảnăng bôi trơn đầy đủ ở áp suất cao và vì thế là nguyên nhân dẫn đến hao mònnhanh hơn trong bơm cao áp

- Khi dùng nhiên liệu diesel sinh học cho một xe cơ giới không thích nghivới nó, diesel sinh học sẽ phá huỷ các ống dẫn nhiên liệu và các vòng đệm bằngcao su Nguyên nhân là do diesel sinh học có tính chất hoá học của một chất làm

mềm, chất cũng có trong các ống dẫn nhiên liệu và vòng đệm bằng cao su.Diesel sinh học sẽ thay thế các chất làm mềm trong các ống và vòng đệm này,vật liệu lúc đầu sẽ phồng lên, lúc này nếu dùng dầu diesel có nguồn gốc từ dầu

mỏ thì dầu diesel này sẽ rửa sạch diesel sinh học, không có chất làm mềm vậtliệu sẽ cứng và bị thẩm thấu nước

- Một vấn đề khác là việc nhiên liệu đi vào nhớt động cơ tại các động cơdiesel có bộ phun nhiên liệu trực tiếp Vấn đề này thường xảy ra trong thời gianvận hành khi động cơ được vận hành có những thời gian chạy không tải lâu dài.Lượng nhiên liệu phun càng ít thì chất lượng phân tán của miệng phun cànggiảm và vì thế có xu hướng hình thành những giọt nhiên liệu không cháy bámvào thành của xylanh nhiều hơn và sau đó là đi vào hệ thống tuần hoàn bôi trơn.Tại đây độ bền hóa học kém của RME là một nhược điểm: RME bị phân hủydần trong hệ tuần hoàn bôi trơn vì nhiệt độ cao tại đây, dẫn đến các chất cặn thểrắn hay ở dạng keo Vấn đề này và tính bôi trơn kém đi của nhớt động cơ khi cónồng độ nhiên liệu cao có thể dẫn đến việc động cơ bị hao mòn nhiều hơn, vì thế

mà người ta khuyên là khi vận hành bằng PME nên rút ngắn thời kỳ thay nhớt

- Một ưu điểm của PME có thể lại trở thành nhược điểm khi được sử dụngthực tế ở các loại xe cơ giới: dễ bị phân hủy bằng sinh học và đi cùng là không bềnlâu Oxi và nước tích tụ sẽ làm xấu đi các tính chất của PME sau một thời gian tồntrữ Vì thế mà PME thường ít được khuyên dùng cho các xe ít được vận hành

- Ngoài ra thì vì việc đốt cháy khác nhau nên các động cơ mới không đượcchứng nhận là thích nghi với PME có thể có vấn đề với các bộ phận điện tử củađộng cơ, những thiết bị mà đã được điều chỉnh để dùng với Diesel thông thường.Điều tốt và có lý nếu dùng Diesel thông thường này lại trở thành điều xấu khidùng Diesel sinh học: nếu sử dụng Diesel sinh học thì việc tăng lượng nhiên liệuphun sẽ làm loãng nhớt động cơ Nếu sử dụng thuần túy Diesel sinh học thì việcđốt các hạt muội than trong bộ lọc trở thành không cần thiết nữa Vì thế trong

tương lai sẽ có những thiết bị cảm biến nhiên liệu dùng để nhận biết chất lượngcủa nhiên liệu Lượng và thời điểm phun nhiên liệu đều có thể được tối ưu hóa.

- Kinh nghiệm trong lĩnh vực xe chuyên chở cho thấy là việc sử dụngDiesel sinh học nhiều năm có thể dẫn đến hư hỏng bơm nhiên liệu, đặc biệt là ởnhững động cơ có bộ phận bơm – phun nhiên liệu trực tiếp Xe này tuy đã đượccho phép vận hành với Diesel sinh học nhưng nhà sản xuất bộ phận bơm phun(Bosch AG) thì lại không cho phép công khai dùng với RME

Người ta nói là vì phân tử RME có độ lớn khác với Diesel thông thường vàcác phân tử RME trong các kênh dẫn tinh vi không có khả năng bôi trơn đầy đủ

ở áp suất cao và vì thế là nguyên nhân dẫn đến hao mòn nhanh hơn

1.4.3 Sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam

Gây trồng cây cung cấp nguyên liệu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinhhọc là một vấn đề mới đối với Việt Nam Vừa qua Bộ Công nghiệp đã xây dựng

đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020, với mục tiêusản xuất xăng E10 và dầu sinh học nhằm thay thế một phần nhiên liệu truyềnthống hiện nay Theo đề án, trong giai đoạn 2006-2010, Việt Nam sẽ tiếp cậncông nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, xây dựng mạng lưới thí điểm phân phốinhiên liệu sinh học tại một số tỉnh, thành, quy hoạch vùng trồng cây nguyên liệucho năng suất cao, đào tạo cán bộ chuyên sâu vê kỹ thuật

Giai đoạn 2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệusinh học thay thế một phần nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất vàmạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất công nghiệpkhác, đa dạng hóa nguồn nguyên liệu Đến năm 2020, công nghệ sản xuất nhiênliệu sinh học ở Việt Nam sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lượng đạtkhoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu diesel sinh học B10/năm.Theo cácchuyên gia, xăng E10 là xăng pha cồn với hàm lượng cồn tối đa là 10%, đáp ứnghoàn toàn mọi hoạt động binh thường của ô tô, xe máy Dầu diesel sinh học luôn

được pha trộn vào dầu DO, với tỷ lệ phổ biến 5-30%, để giảm bớt ô nhiễm môitrường.

Từ tháng 8/2007 một hệ thống sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu ăn phếthải với công suất 2 tấn/ ngày sẽ được triển khai tại Công ty Phú Xương thànhphố Hồ Chí Minh Dự án được triển khai với nguyên liệu đầu vào từ 4-5tấn/ngày.Theo ước tính giá dầu là 7,500đ/lít thấp hơn giá giá bán diesel trên thịtrường khoảng 400đ/lít

Bộ Công nghiệp đang triển khai công nghệ sản xuất các loại hoá chất, phụgia cần thiết để pha chế nhiên liệu sinh học với xăng Các đơn vị thuộc Bộ sẽứng dụng và làm chủ công nghệ sản xuất các chất phụ gia, chất xúc tác để phachế xăng với ethanol và diesel sinh học và diesel khoáng, triển khai sản xuất cáchoá chất, phụ gia cung cấp cho các cơ sở pha chế Dự kiến năm 2007 làm chủcông nghệ này và sản xuất với qui mô nhỏ Năm 2011-2015 mở rộng cơ sở sảnxuất phụ gia và bảo đảm cho nhu cầu trộn xăng E5/E10, dầu B5/B10 Tổng kinhphí dự kiến cho dự án này là 20 tỷ đồng Việt Nam

1.4.4 Các vấn đề cần thực hiện khi dùng nhiên liệu Biodiesel

So với dầu diesel thì dầu Biodiesel có độ nhớt cao hơn, chỉ số cetan thấphơn, sức căng bề mặt lớn hơn nên để có sự phun đều, phun tơi nhiên liệu vàobuồng cháy không nên chỉ dựa vào năng lượng của tia phun mà cần có sự hỗ trợcủa một trong các năng lượng tạo hỗn hợp khác như:

 Tạo thêm xoáy lốc mạnh hoặc rối mạnh trong buồng cháy.

 Sử dụng năng lượng xoáy lốc mạnh của loại buồng cháy xoáy lốc.

 Sử dụng năng lượng của khí cháy trong buồng cháy dự bị.

Theo hướng này thì sử dụng buồng cháy phân cách có lợi điểm là làm thờigian cháy trễ bớt nhạy cảm với tính chất của nhiên liệu, sự đốt cháy nhiên liệu

tốt hơn, sự đóng cặn lên thành buồng cháy cũng ít hơn và các chất ô nhiễm trongkhí thải cũng ít hơn.

1.4.5 Ứng dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ đốt trong ở Việt Nam

1.4.5.1 Sử dụng biodiezel

Ngoài việc chỉ ra khiếm khuyết của quá trình tinh chế không xử lý hết tạpchất khiến lượng cặn cacbon trong nhiên liệu cao dễ gây hỏng động cơ, đề tàicòn hoàn thiện qui trình pha chế hỗn hợp biodiezel - diezel ở quy mô côngnghiệp và pha chế được 20.000 lít biodiezel B5 Sản phẩm này chạy thử nghiệmvới các động cơ với quãng đường trên 30.000 km cho kết quả tốt hơn so với dầudiezel

Việt Nam đang ứng dụng nhiên liệu sinh học chủ yếu là xăng pha cồn vànhiên liệu sinh học làm từ mỡ cá pha với dầu diezel Việc xuất khẩu cá tra và cábasa ở nước ta mỗi năm một tăng, kèm theo đó là phụ phẩm mỡ cá thải ra rấtlớn Ước tính, nguồn nguyên liệu mỡ cá tới hơn 5 triệu tấn mỗi năm

Từ năm 2007, đã có bốn cơ sở tự nghiên cứu sản xuất diezel từ mỡ cá ởqui mô pilot thử nghiệm, nhưng khi đưa sản phẩm ứng dụng vào thực tế đã gâyhỏng máy móc Trước thực tế đó, Viện hóa học công nghiệp đã thực hiện đề tài

“Nghiên cứu đánh giá hiện trạng công nghệ sản xuất và thử nghiệm hiện trườngnhiên liệu sinh học từ mỡ cá nhằm góp phần xây dựng tiêu chuẩn biodezel ởViệt Nam”

Đây là đề tài khoa học độc lập cấp Nhà nước do tiến sĩ Vũ Thị Thu Hà,phó giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về lọc hóa dầu, Viện hóahọc công nghiệp làm chủ nhiệm

Đề tài thu thập các mẫu biodiezel của bốn cơ sở tự sản xuất ở miền Nam.Phân tích đánh giá chất lượng mẫu sản phẩm thu thập trên thị trường bằng cácphương pháp thử nghiệm ở Việt Nam và gửi mẫu đến hai phòng thí nghiệm độclập trên thế giới phân tích.

Kết quả, sản phẩm biodiezel của bốn cơ sở sản xuất ở miền Nam khôngđạt chuẩn chất lượng theo qui định của dự thảo tiêu chuẩn Việt Nam

Tạo ra dòng sản phẩm mới

Theo tiến sĩ Vũ Thị Thu Hà, các sản phẩm biodiesel của bốn cơ sở miềnNam không đạt tiêu chuẩn chất lượng là do chỉ tiêu cặn cacbon của các cơ sởcao trên 0,1% Trong khi tiêu chuẩn của Việt Nam cao nhất là 0,05% Độ nhớtcũng không đạt tiêu chuẩn nhiên liệu sinh học Nguyên nhân là do giai đoạnchuyển hóa nhiên liệu thành biodiesel và quá trình tinh chế không xử lý hết tạpchất

Từ các kết quả trên, các nhà khoa học đã thực hiện cách tách chất rắn,tách nước, chuyển hóa axit béo tự do mới và sản xuất được 1.000 kg biodiezel từ

mỡ cá ba sa Từ đó, hoàn thiện qui trình pha chế hỗn hợp biodiezel - diezel ở qui

mô công nghiệp và đã tạo ra gần 20.000 lít biodiezel B5

Sản phẩm được ứng dụng chạy thử nghiệm trên ba ôtô với quãng đường10.000 km mỗi xe Sau đó chạy đại trà trên 6 ô tô với quãng đường trên30.000km mỗi xe Kết quả cho thấy, các chỉ tiêu thử nghiệm đối với nhiên liệusinh học B5 đều tốt hơn diezel, khẳng định việc sản xuất biodiezel từ mỡ cá ởViệt Nam

Biodiezel là một dạng nhiên liệu sinh học Biodiezel có thể được sử dụng

xây dựng, thậm chí hệ thống sưởi trong gia đình và máy phát điện Với xuhướng diezel hoá động cơ, hiện nay có khoảng 28 quốc gia trên thế giới đãnghiên cứu sản xuất biodiezel

Hiện tại, phòng thí nghiệm đã tiến hành trồng thử nghiệm 50ha và dự kiến

sẽ trồng trên diện tích khoảng 100.000ha Kết quả chiết xuất ban đầu cho thấy, các mẫu biodiesel được sản xuất từ cây jatropha hoàn toàn đáp ứng được tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về nhiên liệu sinh học Như vậy, trong một vài năm tới, nếu nhân rộng diện tích trồng cây jatropha ở Việt Nam, chúng ta hoàn toàn chủ động được nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel đạt TCVN Bên cạnh đó, cùng với việc chiết xuất thành công glycerin và chế biến bã của cây jatropha thành thức ăn gia súc hoặc phân bón, chúng ta có thể tận thu nguồn nguyên liệu, góp phần hạ giá thành sản phẩm biodiesel

Để tạo dựng hành lang pháp lý cho việc sử dụng nhiên liệu biodiesel, Bộ Khoa học và Công nghệ đã ban hành Tiêu chuẩn Việt Nam về loại nhiên liệu biodiesel(TCVN 7717-07) Ông Vũ Văn Diện, Phó Tổng cục trưởng Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng, cho biết: Bộ Khoa học và Công nghệ cũng đang tiến hành nghiên cứu để công bố quy chuẩn kỹ thuật về loại nhiên liệu này Các doanh nghiệp sản xuất cần kiểm tra chất lượng nhiên liệu biodiesel theo tiêu chuẩn Việt Nam trước khi đưa sản phẩm ra thị trường

TS Hà cho biết thêm, việc dùng nguyên liệu biodiesel cần tuân thủ chặt chẽ chất lượng nhiên liệu biodiesel pha và mức 5% Với những lợi thế về môi trường và nguồn nguyên liệu ổn định, biodiesel đáng được cân nhắc để trở thành một trongnhững loại nhiên liệu của tương lai

1.4.5.2 Sử dụng ethanol sinh học

Trước thực trạng xăng ethanol giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễmmôi trường và được thế giới sử dụng rộng rãi nhưng lại chưa được cấp phép sử

dụng ở Việt Nam, chiều 22/10, các nhà khoa học, nhà sản xuất đã cùng đại diệnHiệp hội taxi Hà Nội… đã có cuộc tọa đàm tại báo Khoa học và Đời sống vềviệc “Tại sao chưa sử dụng xăng ethanol ở Việt Nam”.

xăng A92 pha 5% ethanol của Công ty cổ phần hóa dầu và nhiên liệu sinh họcdầu khí (PVB) – thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia – còn được bán ra thị trường.Tuy nhiên, 6 ngày sau, Bộ Công thương chỉ đạo tạm ngừng bán xăng ethanol dochưa kết thúc quá trình thử nghiệm cũng như chưa có quy chuẩn về loại xăngnày

Là đơn vị tiên phong đưa xăng pha 5% cồn ethanol (E5) ra thị trường,Tổng giám đốc PVB Vũ Thanh Hà cho biết, nước ngoài đã dùng xăng ethanol từnăm 1970 và PVB chỉ copy cách làm của thế giới để áp dụng ở Việt Nam Tronghơn một tháng, mỗi ngày công ty bán 1.000 lít cho 50 xe taxi chạy thử nghiệm

và ở tuần đầu, xe của cá nhân vào mua chừng 30 khối

“Việc thử nghiệm hiện trường đối với xăng E5 hiện nay chỉ là giai đoạncuối Trước đó, chúng tôi đã nghiên cứu, pha mẫu và test trong phòng thínghiệm, tiếp đó thử mẫu trên các loại phương tiện, rồi thử trên động cơ một xilanh, thử trên động cơ ô tô trên băng Hiện nay, ngoài kiểm tra về mặt kỹ thuật

và, chúng tôi muốn xem người sử dụng đánh giá thế nào về sản phẩm”, ông Hànói

Hình 1.10: Xăng ethanol bán thử nghiệm năm 2008

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÔ HÌNH KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ2.1 Tổng quan về khảo nghiệm động cơ đốt trong

2.1.1 Định nghĩa và yêu cầu chung

2.1.1.1 Định nghĩa

Khảo nghiệm động cơ là phương pháp dùng để kiểm tra và nghiên cứuđộng cơ đốt trong, để xác định các thông số cơ bản của động cơ, từ đó điềuchỉnh sao cho động cơ có độ tin cậy làm việc và tuổi bền đạt mức cao nhất

2.1.1.2 Yêu cầu chung

Khảo nghiệm cần phải tiến hành cho từng động cơ với mục đích kiểm tracác thông số cơ bản và chất lượng lắp ráp của động cơ Khảo nghiệm phải tiếnhành khi nghiệm thu lần cuối

Các động cơ phải được khảo nghiệm định kỳ để kiểm tra các thông số, độtin cậy làm việc và độ bền cũng như để kiểm tra tính ổn định của động cơ

Khảo nghiệm phải được tiến hành trong các điều kiện kỹ thuật cho phép

2.1.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu động cơ đốt trong

2.1.2.1 Mục đích nghiên cứu động cơ đốt trong

Với trình độ hiểu biết hiện nay, chúng ta chưa có khả năng xác định mộtcách chính xác những tính chất đặc trưng và công dụng thực tế của động cơ đốttrong bằng con đường tính toán lý thuyết Bởi vậy, nghiên cứu động cơ đốt trongvẫn là một công việc cần thiết nhằm mục đích kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế kỹthuật và các thông số của động cơ, trên cơ sở đó có thể rút ra kết luận về khảnăng và phương hướng hoàn thiện nó